SSD(固态硬盘)中的 PCIe NVMe|PCIe AHC|SATA AHCI 接口协议效能

1. PCIe NVMe
M.2 尺寸的 NVMe(如三星 950 PRO)。可以有四条 PCIe 通道,速度最快。但由于电路板面积限制,容量和发热都是个问题。
2.5″ 尺寸的 NVMe(如东芝 XG3),采用 SATA Express 接口,可以有两条 PCIe 通道,传输速率较低。由于 2.5″ 体积较大,容量和发热比 M.2 要好。在 T460/T560/X260/P50s 上可用。

2. PCIe AHCI
效能比 PCIe NVMe 稍低,是由于 AHCI 协议的滞后性决定的。笔记本上只有 M.2 外形,没有 2.5″ 外形。(如三星 SM951 AHCI 版)。

3. SATA AHCI
效能最低,但兼容性最好,根据外形可分为两类。这两类的传输效能是一样的,无分高低。如果要便宜、容量,则选 2.5″。如果要轻薄,则选 M.2。
2.5″ 尺寸的 SATA AHCI 是目前广泛使用的机械硬盘,固态硬盘等。
M.2 尺寸的 SATA AHCI 设备速度和 SATA AHCI 相关不大,只是外形更小,如三星 850 EVO 的 M.2 硬盘。

SATA3、M.2、PCIe、U.2 接口和通道、带宽以及速度

接口 通道 协议 带宽 速度
SATA3 SATA AHCI 6Gbps ≤ 600MB/s
mSATA SATA AHCI 6Gbps ≤ 600MB/s
M.2_Socket2_B&M_Key SATA AHCI 6Gbps ≤ 600MB/s
M.2_Socket2_B&M_Key PCIe 3.0 ×4 AHCI 10Gbps ≈1500MB/s
M.2_Socket3_M_Key PCIe 3.0 ×4 NVMe 32Gbps ≈4000MB/s
U.2 PCIe 3.0 ×4 NVMe 32Gbps ≈4000MB/s

SSD 主控供应商(SSD & RAM)

Marvell / 迈威 / 美满

Samsung / 三星

Toshiba / 东芝

Intel / 英特尔

Realtek / 瑞昱

SANDFORCE / SF / LSI(SANDFORCE 被 LSI 收购)

LAMD / SK-hynix / 海力士(LAMD 被 SK-hynix 收购)

Phison / 群联

Silicon Motion / SMI / 慧荣

JMicron / 智微

SSD 组成部分:主控,Flash,板,壳,品牌。

SSD 运行速度与主控有关,写入新数据剩余空间不足时才会擦除旧数据,擦写几次之后就会变慢,速度跟容量也有有关系,容量越大,速度相对越快;
SSD 使用寿命与颗粒有关,TLC 颗粒约 1000 次擦写寿命,MLC 颗粒约 10000 次擦写寿命,SLC  颗粒约 10 万次擦写寿命。

SSD 的 NVMe 传输协议和 PCIe 接口类型,详解通道、协议、接口

NVMe 为数据传输协议类型,
PCIe 为设备物理接口类型,也是一种总线通道。

支持 NVMe 协议的 SSD(主要针对 M.2)肯定采用 PCIe 3.0×4 总线通道,
采用 PCIe 3.0×4 总线通道的 SSD(主要针对 M.2)并非肯定支持 NVMe 协议,
相同介质及 Lane 数的 PCIe 3.0×4 SSD(NVMe)比 PCIe SDD 性能要好。

PCIe 3.0×4 SSD(NVMe)> PCIe SDD > SATA
支持 NVMe 的 PCIe SSD 比不支持 NVMe 的 PCIe SSD 要更快
PCIe 3.0×4 通道 NVMe 协议的 M.2 SSD 顺序传输速度可以跑满 32Gbps(4000MB/s),PCIe 3.0×2 通道的 M.2 SSD 顺序传输速度支持 32Gbps(1950MB/s/read 和 1250MB/s/write 及以上),SATA 通道的 M.2 SSD 顺序传输速度支持 6Gbps(505MB/s/read 和 450MB/s/write 左右)。

总线通道:PCIe、SATA3
传输协议:AHCI/SATA3、NVMe
物理接口:SATA3、M.2(SATA3&PCIe 通道、NVMe 协议)、mSATA、U.2、Macbook、PCIe

BIOS 中 AHCI 传输协议对应 SATA 通道,NVMe 传输协议对应 PCIe 通道,可以将 NVMe 视为 PCIe 驱动程序。

SAMSUNG M.2 PCIe Gen3.0 x4 NVMe(2280)https://item.jd.com/3739093.html
容量 512G 速度 3500M/s/R 2100M/s/W 接口 M.2-M(PCIe NVMe 3.0*4)2499RMB

SAMSUNG M.2 SATA3 6Gbps(2280)https://item.jd.com/1537464.html
容量 500G 速度 530M/s/R 520M/s/W 接口 M.2-B 1099RMB

SAMSUNG mSATA 6Gbps https://item.jd.com/1496832.html
容量 500G 速度 530M/s/R 520M/s/W 接口 mSATA 999RMB

SAMSUNG SATA3 6Gbps https://item.jd.com/6212482.html
容量 500G 速度 530M/s/R 520M/s/W 接口 SATA3.0 839RMB

DRAM / 内存 / 闪存 / SSD 颗粒供应商

韩国:Samsung(三星,全球第一大 DRAM 制造商)、SK-Hynix(现代内存,2001 年更名为海力士,全球第三大 DRAM 制造商)
美国:Micron(镁光,日本 Elpida(尔必达)被镁光收购,全球第二大 DRAM 制造商)、Intel(英特尔)、Kingston(金士顿)
日本:Toshiba(东芝,由东芝和闪迪合资成立的 DRAM 制造公司)
德国:Infineon(英飞凌,旗下有奇梦达(Qimonda AG)公司,前西门子集团的半导体部门)
中国台湾:茂德力晶南亚华邦钰创晶豪力积

SSD 运行速度与主控有关,写入新数据剩余空间不足时才会擦除旧数据,擦写几次之后就会变慢,速度跟容量也有有关系,容量越大,速度相对越快;
SSD 使用寿命与颗粒有关,TLC 颗粒约 1000 次擦写寿命,MLC 颗粒约 10000 次擦写寿命,SLC  颗粒约 10 万次擦写寿命。

浅入理解磁盘数据恢复的原理 —— 替换比较删除更彻底!

在学习 Linux 时,了解到磁盘可存储的位置都是一个一个 block,而这些 block 由 inode 做为标记(从 inode 到 block 中间还有很多环节),当我们删除文件的时候,只是把 inode 标记为可用,文件在 block 中的内容是没有被清除的,只有在有新的文件需要占用 block 的时候,才会被覆盖。简单来说就是,我们在磁盘上所删除的数据实际并没有被删除,只是执行删除后被删除的 block 被标记为空闲(由 inode 表做标记),后续新增的数据可以写入这个 block 。

所以,当用户删除文件时,指向数据在硬盘上的具体位置的索引(inode)就会被删除(对于机械硬盘来说就是 LBA 逻辑块寻址)。举个栗子,为了管理方便,你把自己收藏的电影存放的位置写在一张纸上,某天你不慎把这张纸烧掉了,理论上你只损失了一张纸,实际的电影还在。通常我们的数据存储就是这样,删除文件时只是删除了文件的索引(inode),具体的文件还存在硬盘上。正因为实际数据仍然保存在硬盘上,数据恢复才有了操作的可能,当然前提是用户没有在原位置覆盖新的数据。当用户误删除了重要文件,使用数据恢复软件都有很高几率成功恢复文件,原理即是将磁盘的数据全部建立 inode 并连接 block(中间环节很多),这样就可以显示原来的文件,前提是没有被后续新增内容覆盖替换。

SSD 颗粒类型 SLC MLC TLC

SLC = Single-Level Cell ,高端产品|即 1bit/cell,单层式储存,主要有三星、海力士、美光、东芝等使用,速度快寿命长,价格超贵(约 MLC 3 倍以上的价格),一个浮动栅存储 1 个 bit 的信息,约 10 万次擦写寿命。

MLC = Multi-Level Cell,中端产品|即 2bit/cell,多层式储存,主要有东芝、Renesas、三星使用,速度一般寿命一般,价格一般,一个浮动栅存储 2 个 bit 的信息,约 3000 – 10000 次擦写寿命,容量大了一倍,寿命缩短为 1/10。

TLC = Trinary-Level Cell,低端产品|即 3bit/cell(8LC),三层式储存,速度慢寿命短,价格便宜,一个浮动栅存储 3 个 bit 的信息,约 500 – 1000 次擦写寿命,容量大了 1/2 倍,寿命缩短为 1/20。

3D NAND(多层数存储),3D NAND 是英特尔和镁光的合资企业所研发的一种新兴的闪存类型,通过把内存颗粒堆叠在一起来解决 2D 或者平面 NAND 闪存带来的限制。目前 64 层 3D NAND 已经问世,诸如东芝 TR200,三星 860PRO(V-NAND)采用的就是 64 层闪存颗粒。

SSD 运行速度与主控有关,写入新数据剩余空间不足时才会擦除旧数据,擦写几次之后就会变慢,速度跟容量也有有关系,容量越大,速度相对越快;
SSD 使用寿命与颗粒有关,TLC 颗粒约 1000 次擦写寿命,MLC 颗粒约 10000 次擦写寿命,SLC  颗粒约 10 万次擦写寿命。

机械硬盘和固态硬盘的读写速度测试【CrystalDiskMark】

HDD:TOSHIBA DT01ACA100 1T @Default Value Config
SEQ(Q32T1)READ:156 MB/s
SEQ(Q32T1)WRITE:158 MB/s

4K(Q8T8)READ:0.80 MB/s
4K(Q8T8)WRITE:0.96MB/s

4K(Q32T1)READ:0.80 MB/s
4K(Q32T1)WRITE:0.76 MB/s

4K(Q1T1)READ:0.39 MB/s
4K(Q1T1)WRITE:0.67 MB/s

SSD:HP S700 120G @Default Value Config
SEQ(Q32T1)READ:550 MB/s
SEQ(Q32T1)WRITE:465 MB/s

4K(Q8T8)READ:113 MB/s
4K(Q8T8)WRITE:271 MB/s

4K(Q32T1)READ:113 MB/s
4K(Q32T1)WRITE:188 MB/s

4K(Q1T1)READ:32 MB/s
4K(Q1T1)WRITE:125 MB/s

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dataform.Crystal Disk Mark V6.0.0 X64